岩石爆破损伤SPH-FEM耦合法数值模拟分析

耦合SPH和FEM是一种有效岩石爆破损伤的数值模拟方法。本文建立了爆破损伤本构方程和爆破过程的SPH-FEM耦合算法，并利用此本构方程和SPH-FEM耦合法对无结合面和有结合面的2种岩石模型的数值模拟计算分析，研究获得了爆生裂纹发育规律和爆生气体对岩石的作用方式、过程和效果。研究结果表明：高压爆生气体先后经历高压膨胀并冲击孔壁、反射、再压缩、再膨胀冲击孔壁、再反射的反复过程，由此形成一系列膨胀波对岩石孔壁进行多次冲击；岩石内微裂纹的生成过程存在着7个关键时间节点，爆生气体对裂纹的发育和生长有4方面的影响：1)直接冲击孔壁形成破碎区和主要的径向裂纹；2)驱动这些径向裂纹生长；3)形成的应力波在岩石内部形成裂纹；4)应力波在岩石外表面反射和叠加形成裂纹并造成表面剥落。径向裂纹的生长速度要慢于应力波的传播速度，且其生长取决于4个影响因素。